500 kV線路金屬氧化物避雷器缺陷分析及處理

田曉云，范永強(qiáng)，艾 博，李智輝，王 祥

（內(nèi)蒙古超高壓供電局，呼和浩特 010080）

0 引言

金屬氧化物避雷器具有過電壓后殘壓低、陡波響應(yīng)特性好、絕緣配合易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，在電力系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。由于金屬氧化物避雷器長(zhǎng)期受外界環(huán)境及運(yùn)行工況的影響，容易出現(xiàn)電阻片老化和受潮，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致其內(nèi)部擊穿或突發(fā)爆炸等事件。據(jù)統(tǒng)計(jì)，金屬氧化物避雷器事故60%以上是由受潮引起的。對(duì)某電網(wǎng)近期發(fā)現(xiàn)的兩起同批次同廠家同型號(hào)的金屬氧化物避雷器絕緣缺陷進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致缺陷的原因基本相同。本文以其中一起缺陷為例，分析缺陷產(chǎn)生的原因，并提出處理及預(yù)防措施。

1 故障概況

2018 年3 月，在對(duì)某500 kV 變電站投運(yùn)1 年的設(shè)備進(jìn)行正常停電檢修時(shí)，發(fā)現(xiàn)某500 kV線路L1相避雷器試驗(yàn)數(shù)據(jù)異常[1-2]。避雷器為Y20W-444/1063型金屬氧化物避雷器，為穿芯環(huán)形電阻片帶并聯(lián)均壓電容、外套絕緣筒結(jié)構(gòu)，內(nèi)部存有SF6氣體，正常運(yùn)行處于微正壓狀態(tài)。

該避雷器出廠試驗(yàn)、交接試驗(yàn)及本次例行試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1 所示，依據(jù)Q/ND 10501 06—2018《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》[3]進(jìn)行判斷，該避雷器上節(jié)直流1 mA 參考電壓U1mA的初值差超過規(guī)程要求的±5%，即0.75U1mA下的泄漏電流I75%超過了規(guī)程要求的50 μA，初步判斷其上節(jié)避雷器內(nèi)部受潮。

表1 故障相避雷器試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2 解體檢查

為了進(jìn)一步分析設(shè)備故障原因，將該避雷器返廠檢查。對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)正常的中節(jié)避雷器和測(cè)試數(shù)據(jù)異常的上節(jié)避雷器進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)解體檢查。

2.1 防爆板密封圈

對(duì)避雷器解體后，發(fā)現(xiàn)中節(jié)避雷器內(nèi)部無異常。上節(jié)避雷器頂部螺栓拆除后，避雷器內(nèi)部氣體排出，排氣聲明顯、清晰并伴有刺激性氣味，據(jù)此初步判斷上節(jié)避雷器內(nèi)部有放電現(xiàn)象。拆除上節(jié)避雷器頂部部件螺栓后，發(fā)現(xiàn)避雷器頂部防爆板密封圈周圍密封膠涂抹不均勻，如圖1所示。

圖1 密封膠涂抹情況

2.2 外絕緣筒

取出上節(jié)避雷器主要部件（穿芯電阻片及并聯(lián)電容器）外套絕緣筒，發(fā)現(xiàn)其外表面上部有較大面積發(fā)黑，存在明顯的電弧燒蝕和爬電痕跡，絕緣筒底部外表面有明顯的樹枝狀爬電痕跡（見圖2）。

2.3 內(nèi)部芯體

對(duì)上節(jié)避雷器芯體進(jìn)行檢查，其結(jié)構(gòu)完整，電阻片柱未破碎散亂，其上端9片電阻片表面發(fā)黑，觸摸有油膩感。兩根封裝并聯(lián)電容器的絕緣筒表面有嚴(yán)重電弧燒蝕和爬電痕跡，其中一根幾乎為貫穿性燒蝕，如圖3 所示。初步推斷為電阻片柱表面絕緣釉層在電弧作用下劣化，釋放出油漬導(dǎo)致，電容器的絕緣筒為放電通道。

圖2 外絕緣筒放電情況

圖3 絕緣筒表面燒灼情況

拆下上節(jié)避雷器所有電阻片，發(fā)現(xiàn)表面發(fā)黑電阻片的內(nèi)部絕緣釉仍為正常藍(lán)色，說明電阻片并未整體經(jīng)歷高溫，僅其表面被電弧灼燒導(dǎo)致絕緣釉變色，并分解出油質(zhì)。將封裝在兩根絕緣筒中的并聯(lián)電容器取出（每個(gè)電容器分別由18支串聯(lián)電容單元組成，各分為3 組），發(fā)現(xiàn)表面燒蝕嚴(yán)重的絕緣筒上部?jī)山M12支串聯(lián)電容器單元中，最上部8支電容器單元存在不同程度的表面燒蝕痕跡，其中第2組第1支電容器單元開裂（見圖4）。

圖4 并聯(lián)電容器單元燒蝕

2.4 內(nèi)部芯體單元試驗(yàn)

對(duì)解體后的避雷器電阻片進(jìn)行直流1 mA 參考電壓試驗(yàn)，避雷器電阻片柱上部外表面明顯熏黑9片電阻片，測(cè)試熏黑電阻片泄漏電流，均未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求（小于50 μA）[3]；測(cè)試未熏黑31 片電阻片泄漏電流，均符合要求。對(duì)熏黑電阻片表面油質(zhì)擦除并干燥處理后，測(cè)試電阻片泄漏電流，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。對(duì)絕緣筒中拆出的全部36只串聯(lián)電容器單元進(jìn)行絕緣耐受測(cè)試，結(jié)果只有開裂電容器單元升壓后立刻被擊穿，其余35只均滿足15 kV 1 min的性能要求[3]。

表2 電阻閥片試驗(yàn)

3 原因分析及避雷器排查

3.1 故障原因分析

對(duì)L1 相避雷器上節(jié)進(jìn)行解體、測(cè)試分析，認(rèn)為該相避雷器上節(jié)外絕緣筒或并聯(lián)電容器封裝絕緣筒存在質(zhì)量問題，在避雷器頂部電場(chǎng)作用下放電，導(dǎo)致該避雷器發(fā)生故障[4-8]。

（1）對(duì)比正常與非正常情況下避雷器頂部防爆板密封圈周圍密封膠涂抹情況，發(fā)現(xiàn)L1相上節(jié)密封膠涂抹明顯不均勻，但在上節(jié)避雷器頂部螺栓拆除后，避雷器內(nèi)部伴有明顯響聲的氣體排出，說明該避雷器的密閉措施較好，外部受潮可能性較小。

（2）避雷器在出廠時(shí)，內(nèi)部電阻片干燥不徹底。避雷器帶電運(yùn)行后，在電磁場(chǎng)作用下，由于避雷器穿芯電阻片及并聯(lián)電容器外套絕緣筒表面受潮嚴(yán)重，導(dǎo)致樹枝狀爬電的發(fā)生。

（3）大量的潮氣使得電阻片表面及并聯(lián)電容器的絕緣筒表面均出現(xiàn)了不同程度的燒蝕，弧放電產(chǎn)生的高溫使電容器單元表面破裂。

3.2 避雷器排查

短期內(nèi)連續(xù)發(fā)生兩起同廠家、同型號(hào)、同批次的避雷器相同缺陷，懷疑其為家族性缺陷。對(duì)該廠家生產(chǎn)的同型號(hào)、同批次產(chǎn)品進(jìn)行排查，利用停電試驗(yàn)、紅外精確測(cè)溫和帶電檢測(cè)等手段進(jìn)行檢測(cè)[9-10]，對(duì)于不便停電的設(shè)備加強(qiáng)紅外測(cè)溫與帶電測(cè)試，未發(fā)現(xiàn)異常狀況。

4 預(yù)防措施

針對(duì)金屬氧化物避雷器存在的上述缺陷，提出以下預(yù)防措施。

（1）對(duì)于新投設(shè)備，加強(qiáng)設(shè)備驗(yàn)收管理，嚴(yán)格執(zhí)行驗(yàn)收管理規(guī)定，防止有嚴(yán)重缺陷的避雷器進(jìn)入電網(wǎng)。

（2）定期嚴(yán)格對(duì)設(shè)備廠家的資質(zhì)進(jìn)行調(diào)研，同時(shí)建議避雷器的生產(chǎn)廠家應(yīng)加強(qiáng)在生產(chǎn)避雷器過程中的質(zhì)量管控，對(duì)每一個(gè)工序都要嚴(yán)格管理，除了對(duì)選用元器件做好檢查外，還需對(duì)供貨產(chǎn)品進(jìn)行出廠試驗(yàn)[9-10]。

（3）加強(qiáng)對(duì)新投設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)管理，對(duì)可能存在家族性缺陷的設(shè)備加強(qiáng)在線監(jiān)測(cè)和帶電檢測(cè)。